In vivo and in vitro analysis of antiarrhythmic mechanisms  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75281
Type K
Principal investigator Végh, Ágnes
Title in Hungarian Antiarrhythmiás hatású mechanizmusok in vivo és in vitro tanulmányozása
Title in English In vivo and in vitro analysis of antiarrhythmic mechanisms
Keywords in Hungarian arrhythmia, ischaemia/reperfúzió, gap junkció, szabadgyökök, prekondicionálás
Keywords in English arrhythmias, ischaemia/reperfusion, gap junction, free radicals, preconditioning
Discipline
Experimental pharmacology, drug discovery and design (Council of Medical and Biological Sciences)80 %
Molecular biology (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Ortelius classification: Molecular markers and recognition
General biochemistry and metabolism (Council of Medical and Biological Sciences)10 %
Ortelius classification: Histochemistry
Panel Physiology, Pathophysiology, Pharmacology and Endocrinology
Department or equivalent Department of Pharmacology and Pharmacotherapy (University of Szeged)
Participants Gönczi, Márton
Kiss, Attila
Kovács, Mária
Seprényi, György
Starting date 2008-10-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 24.000
FTE (full time equivalent) 15.19
state closed project
Summary in Hungarian
Az akut miokardiális iszkémia egyik legfontosabb következménye a súlyos, gyakran halálos kimenetelű kamrai arrhythmiák megjelenése. Ezeknek az arrhythmiáknak az észlelése klinikai körülmények között meglehetősen nehéz, azonban kísérletesen (pl. altatott kutyákban) jól tanulmányozhatók, amikoris valamelyik fő koszorúér-ág időleges elzárása súlyos kamrai ritmuszavarokat eredményez. Az elmúlt 20 évben kutatócsoportunk számos (több mint 40) közleményben számolt be arról, hogy akár rövid koszorúér okklúziókkal, akár magas frekvenciájú szívingerléssel vagy akár futószalagon történő erőteljes fizikális aktivitással előidézett prekondicionálás (PC) számottevően csökkenti a koszorúér elzáródás, majd annak hirtelen megnyitása következtében fellépő súlyos kamrai arrhythmiákat. A prekondicionáláshoz hasonló kardioprotektív (antiarrhythmiás) hatás érhető el számos gyógyszerrel és vegyülettel is (farmakológiai prekondicionálás). A prekondicionálás antiarrhythmiás hatásának mechanizmusát vizsgálva, munkacsoportunk elsőként vetette fel és igazolta, hogy ebben az igen kifejezett védőhatásban endogén eredetű, protektív hatású anyagok, mint pl. bradikinin, nitrogén monoxid, prosztanoidok vesznek részt.
Ennek az immáron 20 évre visszatekintő kutatómunkának a folytatásaként, a jelen kutatási tervezet két fő kérdéskör felderítését tűzte ki célul: (A) a gap junkciós csatornák szerepe az akut iszkémia okozta arrhythmiák keletkezésében és a prekondicionálás antiarrhythmiás hatásában, (B) a nitrogén monoxid, szuperoxid és a peroxinitrit védő és károsító hatásainak tanulmányozása iszkémia/reperfúzió során. Ezeket a vizsgálatokat, a korábbi évek gyakorlatának megfelelően, elsődlegesen in situ altatott kutyamodellben végezzük, amelyben az iszkémia/reperfúzió során a hemodinamikai és elektrofiziológiai paraméterek követése mellett az arrhythmiákat értékeljük. Ezen túlmenően, az in vivo kísérletek során illetve végén nyert szövetmintákban biokémiai és molekuláris biológiai módszerekkel további vizsgálatokat végzünk. Megítélésünk szerint az in vivo és ex vivo módszerek kombinálása lehetőséget nyújt az arrhythmogenezis és a különböző antiarrhythmiás beavatkozások hátterében álló mechanizmusok jobb megismerésére és, ezáltal új terápiás beavatkozások és stratégiák javaslatára és kidolgozására.
Summary
One of the most important consequences of acute myocardial ischaemia is the occurrence of severe, often lethal ventricular arrhythmias. These early arrhythmias are difficult to assess clinically but they can easily be monitored in experimental animals (e.g. anaesthetised dogs) where the transient occlusion of a coronary artery results in severe arrhythmias. Over the last 20 years, our research group published a number of papers, reporting that these arrhythmias can markedly be suppressed by preconditioning (PC), induced either by short coronary artery occlusions, rapid cardiac pacing, physical exercise or drug administration (pharmacological preconditioning). We have also provided evidence that in this marked antiarrhythmic protection endogenous myocardial protective substances, such as nitric oxide, bradykinin and prostacyclin, are involved. In continuation of these previous works, our present interest is focused on two main subjects: (A) examination of the role of gap junctions in arrhythmogenesis and in the early and delayed antiarrhythmic effects of preconditioning, and (B) evaluation of the protective or deleterious role of nitric oxide, superoxide and peroxynitrite in ischaemia/reperfusion. These studies are performed in our established canine model of ischaemia and reperfusion, in which the severity of ischaemia and of arrhythmias is assessed. In addition to this, at the end of the experiments myocardial tissue samples are taken for further biochemical and/or molecular biological analyses. We believe that using such an approach in which the facilities of in vivo pharmacological studies and of ex vivo biochemical and molecular biological methods are combined would provide a better understanding of the underlying mechanisms of arrhythmias and of the antiarrhythmic interventions. Furthermore, we hope, if we understand the mechanisms involved in arrhythmogenesis and cardioprotection, then we will be able to develop novel antiarrhythmic drugs and strategies.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az aritmiák csökkentésére irányuló korábbi munkánk folytatásaként a 2008-2012 kutatási periódusban a következő eredményeket értük el. A gap junkciós (GJ) csatornák szerepét vizsgálva kimutattuk, hogy ezen csatornák iszkémia alatti nyitása és zárása is, paradox módon, csökkenti az iszkémia/reperfúzió okozta kamrai aritmiákat. Elsőként közöltük, hogy a prekondicionálás egyik fő mediátoraként tekintett nitrogén monoxid (NO), a szívizom GJ csatornáit is módosítani képes; in vivo és in vitro kísérleteink eredményei igazolták, hogy a szerves és szervetlen nitritekből származó NO gátolja a GJ csatornák szétkapcsolását és az aritmiák kialakulását. Igazoltuk a GJ csatornák szerepét a szívingerléssel kiváltott késői védőhatásban rámutatva arra, hogy a gyors szívingerlés időfüggő változást okoz mind a GJ csatornákat felépítő Cx43 gén és fehérje, mind más olyan egyéb gének expressziójában, amelyek a késői védőhatás kialakulásáért felelős fehérjéket kódolnak. A NO és a ROS kardioprotekcióban játszott szerepét vizsgáló kísérleteinkben kimutattuk, hogy az iszkémia okozta csökkent NO képződés fokozza az aritmiákat és bármilyen olyan beavatkozás, amely a NO hozzáférhetőségét helyreállítja védőhatású lehet. Kísérleteinkben a nátrium nitrit infúziója jelentős mértékben csökkentette az aritmiákat feltehetően a fehérjék S-nitrozilációja és a ROS-képződés NO általi gátlása révén. A projekt sikeres teljesítését Ph.D. hallgatók és asszisztensek munkája, és az OTKA támogatása tette lehetővé.
Results in English
Continuing our previous research on protection against arrhythmias our achievements between 2008 and 2012 were as the follows. In studies, aiming to explore the role of gap junctions (GJ), we have shown that the pharmacological modulation of GJs using either GJ openers or blockers reduces arrhythmias, resulting from ischaemia and reperfusion. We were the first to propose that nitric oxide (NO), a key mediator of the preconditioning-induced protection modifies myocardial GJ function. Studies in vivo and in vitro have revealed that both organic and inorganic NO donors attenuate the uncoupling of GJs and this effect plays a role in the protection. We have also shown that GJs are involved in the delayed antiarrhythmic effect of cardiac pacing. Rapid pacing induces time-dependent changes in Cx43 gene and protein expressions, and in the translation of many other genes, encoding proteins involved in the late phase of the protection. In studies, aiming to explore the role of NO and reactive oxygen species (ROS) in cardioprotection, we have found that the ischaemia-induced loss in NO production leads to increased arrhythmia generation and that any manoeuvre which increases NO availability, would result in protection. Sodium nitrite has been found to reduce arrhythmias via the regulation of ROS production and protein S-nitrosylation. The work of young scientists and technical assistants, and the support of the OTKA are largely contributed to the successful completion of the project.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=75281
Decision
Yes





 

List of publications

  
Papp R, Gönczi M, Végh Á.: Role of gap junctions in arrhythmias induced by acute myocardial ischaemia., Card Hung, 38:116-122 (Ref. 1), 2008
Papp R, Gönczi M, Végh Á.: Protective effect of rotigaptide against acute ischaemia-induced ventricular arrhythmias in dogs, J Mol Cell Cardiol, 44: A85 (Ref: 2), 2008
Papp R, Gönczi M, Végh Á.: Protective effect of rotigaptite against ischaemia-induced ventricular arrhythmias in anaesthetised dogs., Card Hung, 38:B19 (Ref. 3), 2008
Papp R, Gönczi M, Kovács M, Seprényi Gy, Végh Á.: Attenuation of ischaemia-induced arrhythmias by both the gap junction opener rotigaptide and the gap junction blocker carbenoxolone, Card Hung, 39: A48 (Ref. 4), 2009
Végh Á, Papp R.: Possible mechanisms of the acute ischaemia-induced ventricular arrhythmias; the involvement of gap junctions, Heart Rate and Rhythm - Molecular Basis, Pharmacological Modulation and Clinical Implications. Eds: ON Tripathi, U Ravens, MC Sanguinetti, Springer-Verlag Berlin (Ref. 5), 2010
Gönczi M, Papp R, Kovács M, Seprényi Gy, Végh Á.: Modulation of gap junctions by nitric oxide contributes to the antiarrhythmic effect of sodium nitroprusside, Br J Pharmacol, 156: 786-793. (Ref. 6), 2009
Gönczi M, Kiss A, Végh Á.: The antiarrhythmic protection resulting from sodium nitrite (NaNO2) administration involves modulation of gap junctions., J Mol Cell Cardiol 48: S102 (P-2-26-2) (Ref. 7), 2010
Gönczi M, Kiss A, Végh Á.: A nátrium-nitrit (NaNO2) a réskapcsolatok befolyásolásával védelmet nyújt az iszkémia során fellépő aritmiákkal szemben., Cardiologia Hungarica 40:(Suppl.G), G38 (Ref. 8), 2010
Gönczi M, Kovács M, Seprényi Gy, Végh Á.: The involvement of gap junctions in the delayed phase of the protection induced by cardiac pacing in dogs., Clin Sci, 123: 39-51(Ref. 9), 2012
Kovács M, Papp R, Varga-Orvos Z, Ménes D, Puskás L, Végh Á.: Changes in gene expression following cardiac pacing-induced delayed cardioprotection in the canine heart, Acta Biologica Hungarica 61: 434-448, 2010. (Ref. 10), 2010
Kovács M, Gönczi M, Kovács E, Végh Á.: Time course analysis of cardiac pacing-induced gene expression changes in the canine heart., Mol Cell Biochem, 372: 257-266 (Ref. 11), 2013
Kisvári G, Kovács M, Kaszaki J, Végh Á.: The effect of acute administration of simvastatin on ischaemia/reperfusion-induced ventricular arrhythmias in aneasthetized dogs, Abstract book ISHR-ES section meeting Haifa (Ref. 12), 2011
Kiss A, Juhász L, Huliák I,Végh Á: Peroxynitrite decreases arrhythmias induced by ischaemia reperfusion in anaesthetised dogs, without involving mitochondrial KATP channels, Br J Pharmacol, 155: 1015-1024. (Ref. 13), 2008
Kiss A, Juhász L, Seprényi G, Kupai K, Kaszaki J, Végh Á.: The role of nitric oxide, superoxide and peroxynitrite in the anti-arrhythmic effects of preconditioning and peroxynitrite infusion in anaesthetized dogs., Br J Pharmacol 160: 1263-1272, (Ref. 14), 2010
Juhász L, Kiss A, Nyeső E, Kovács M, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á: Is there a trigger role of peroxynitrite in the antiarrhythmic effect of ischaemic preconditioning and peroxynitrite infusion?, Eur J Pharmacol, 667: 306-313 (Ref.15), 2011
Kiss A, Gönczi M, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á.: A nátrium-nitrit (NaNO2) antiaritmiás hatása altatott kutyamodellben., Cardiologia Hungarica 40:(Suppl.G), G42, (Ref. 16), 2010
Kiss A, Gönczi M, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á.: The antiarrhythmic effect of sodium nitrite in anaesthetised dogs., J Mol Cell Cardiol 48: S162 (P-3-27-2) (Ref. 17), 2010
Kiss A, Gönczi M, Kovács M, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á: Effect of sodium nitrite on ischemia and reperfusion-induced ventricular arrhythmias in anaesthetized dogs., Meeting on Approaching the Clinic: Nitrite and Nitrate Pathophysiology and Therapy. Atlanta, Georgia, USA (Ref. 18), 2011
Végh Á.: Nitrite therapy against the acute ischaemia and reperfusion-induced ventricular arrhythmias., Jubilee Publication on the 75th Anniversary of Albert Szent-Györgyi's Nobel Prize Award. (Ref. 19), 2012
Végh Á, Kovács M, Kiss A, Juhász L, Gönczi M.: Inorganic nitrite reduces the severity of arrhythmias resulting from acute ischaemia and reperfusion in anaesthetised dogs., Conference and Advanced Research Workshop on Sudden Cardiac Death & Cardioprotection. (Ref. 20), 2012
Gönczi M, Papp R, Seprényi Gy, Végh Á.: Role of gap junctions in the antiarrhythmic effect of nitric oxide, Card Hung, 38: B15, 2008
Kiss A, Juhász L, Seprényi Gy, Huliák I, Kaszaki J, Végh Á: Exogeneous peroxynitrite modulates superoxide generation in anaesthetised dogs, J Mol Cell Cardiol, 44: A98, 2008
Kiss A, Juhász L, Huliák I, Kaszaki J, Seprényi Gy, Végh Á: Administration of peroxynitrite reduces the ischaemia and reperfusion-induced generation of superoxide in anaesthetised dogs, Card Hung, 38: B17, 2008
Gönczi M, Nagy N, Végh Á.: The role of gap junctions in the antiarrhythmic effect of delayed preconditioning, Card Hung 39: A43, 2009
Kovács M, Papp R, Puskás L, Végh Á.: Gene expression changes induced by delayed preconditioning in the canine heart, Card Hung 39: A45, 2009
Kiss A, Juhász L, Kupai K, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á: The effect of preconditioning and exogenous peroxynitrite on the generation of nitric oxide, superoxide and peroxynitrite in anaesthetised dogs, Heart Failure 2009. Nice, France A261, 2009
Kiss A, Juhász L, Seprényi Gy, Kaszaki J, Kupai K, Végh Á: The role of nitric oxide, superoxide and peroxynitrite in the antiarrhythmic effect of preconditioning and exogenous peroxynitrite in anaesthetised dogs, Card Hung, 39: A44, 2009
Juhász L, Kiss A, Nyeső E, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á.: The role of peroxynitrite in the induction of antiarrhythmic effect of ischaemic preconditioning in anaesthetised dogs., J Mol Cell Cardiol 48: S41-42 (P-1-27-1), 2010
Juhász L, Kiss A, Nyeső E, Seprényi Gy, Kaszaki J, Végh Á.: A prekondicionálás antiaritmiás hatásának vizsgálata peroxinitrit scavanger jelenlétében., Cardiologia Hungarica 40:(Suppl.G), G41,, 2010
Kovács M, Papp R, Ménes D, Puskás L, Végh Á.: Changes in gene expression following pacing-induced delayed cardioprotection in the canine heart., J Mol Cell Cardiol 48: S40 (P-1-26-2), 2010
Kovács M, Végh Á.: Changes in gene expression following rapid cardiac pacing in the canine heart., Abstract book ISHR-ES Section meeting Haifa, 2011
Gönczi M, Kovács M, Seprényi Gy, Végh Á: Altered gap junction expression contributes to the delayed antiarrhythmic protection induced by rapid cardiac pacing in the canine heart, Abstract book ISHR-ES, Haifa, 2011
Szépe T, Kovács M, Seprényi Gy, Végh Á: Automated segmentation analysis of gap junctions using confocal fluorescent microscopy, Abstract book ISHR-ES section meeting Haifa, 2011



Back »